DE19710976A1 - Flügelzellenpumpe insbesondere Lenkhilfepumpe mit veränderbarem Saugraumvolumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe insbesondere für die Hilfs­ krafterzeugung in einem Kraftfahrzeug, wie Lenkhilfepumpe oder dgl., deren durch einen Gehäuse-Innenring gebildetes Saugraumvolumen in Abhängig­ keit vom Förderdruck derart veränderbar ist, daß sich bei niedriger Pumpen­ drehzahl eine maximale Fördermenge und bei hoher Pumpendrehzahl eine geringe Fördermenge ergibt. Eine derartige Flügelzellenpumpe, die anson­ sten wie üblich aufgebaut sein kann, d. h. einen Rotor mit darin in radialer Richtung beweglich angeordneten Flügeln aufweist, welche mit ihren freien Enden am Gehäuse-Innenring anliegen und Saugräume und Druckräume bilden, ist aus der DE-OS 22 36 748 bekannt.

In Kraftfahrzeugen, auch Personenkraftwagen, kommen Hilfskraft­ systeme für unterschiedliche Zwecke zum Einsatz, bspw. auch für die Lenkhilfe, wobei ein im Lenkgetriebe vorgesehener Hydromotor von einer als Flügelzellenpumpe ausgebildeten Lenkhilfepumpe mit einem unter Druck stehenden Volumenstrom eines Hydraulikmediums versorgt wird.

Bislang kommen zur Hilfskrafterzeugung in einem Kraftfahrzeug einfache Flügelzellenpumpen zum Einsatz, deren Saugraumvolumen nicht veränder­ bar ist. So besitzen beispielsweise übliche Lenkhilfepumpen für Personen­ kraftwagen einen fest dimensionierten, konstant gleichbleibenden Saug­ raum, was zur Folge hat, daß sich die Fördermenge (von Hydraulikmedium) der Flügelzellenpumpe proportional zur Pumpendrehzahl verhält. Üblicher­ weise wird die Lenkhilfepumpe oder Flügelzellenpumpe vom das Kraftfahr­ zeug antreibenden Verbrennungsmotor angetrieben, wobei sich bei einer Lenkhilfepumpe eines üblichen Personenkraftwagens in der Leerlaufdreh­ zahl dieses Verbrennungsmotors ein Fördervolumen von ca. 10 l/min bei einer aufgenommenen Pumpenleistung von ca. 150 W ergibt. Bei einer Ver­ brennungsmotor-Drehzahl von 6000 Umdrehungen/min ergibt sich ein För­ dervolumen von ca. 60 l/min, welches mit Hilfe eines Volumenbegrenzungs­ ventils auf ca. 7 l/min abgeregelt wird, da bei derart hohen Verbrennungsmo­ tor-Drehzahlen und demzufolge hohen Fahrgeschwindigkeiten des Perso­ nenkraftwagens grundsätzlich eine geringere Hilfskraftunterstützung (beispielsweise zum Lenken) benötigt wird, als bei Leerlauf bzw. bei niedri­ gen Fahrgeschwindigkeiten des Personenkraftwagens. Bei der Verbren­ nungsmotor-Drehzahl von 6000 Umdrehungen/min beträgt die Leistungsauf­ nahme einer üblichen Lenkhilfepumpe ca. 1500 W. Dabei gelten die Bei­ spielswerte für die Leistungsaufnahme der Lenkhilfepumpe ohne Lenkungs­ betätigung, wobei sich ein Förderdruck von ca. 5 bar einstellt.

Üblicherweise erfolgt die Auslegung der Lenkhilfepumpe im Hinblick auf die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors, weil hier für das Parkieren des Fahrzeuges die größte Leistung, d. h. der größte Förderdruck und somit auch die größte Fördermenge erforderlich ist. Bei höherer Verbrennungsmo­ tor-Drehzahl und somit einer höheren Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeuges/Personenkraftwagens wird - wie bereits erwähnt - ein geringerer För­ derdruck bzw. eine geringere Fördermenge benötigt, da hier nur eine gerin­ gere Lenkkraftunterstützung erwünscht wird. Über das besagte Volu­ menbegrenzungsventil wird somit die dem Lenkgetriebe-Hydromotor zur Verfügung gestellte Hydraulikmenge reduziert. Da die Lenkhilfepumpe je­ doch weiterhin die volle Hydraulikmenge fördert, wird aufgrund des Volu­ menbegrenzungsventiles hierbei relativ viel Verlustleistung erzeugt, welche in Form von Wärme abgegeben wird. Wegen dieser Wärmeabgabe kann es sogar erforderlich sein, das Hydraulikmedium (Öl) der Lenkhilfepumpe bzw. Flügelzellenpumpe zu kühlen.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eben erläuterte Verlustleistungsaufnahme beispielsweise einer Lenkhilfepumpe bzw. allge­ mein einer Flügelzellenpumpe für die Hilfskrafterzeugung in einem Kraftfahr­ zeug bei höheren Pumpendrehzahlen bzw. höheren Drehzahlen des die Pumpe antreibenden Verbrennungsmotors zu verringern. Zur Lösung dieser Aufgabe kann als Lenkhilfepumpe bzw. allgemein zur Hilfskrafterzeugung eine aus der oben genannten DE-OS 22 36 748 bekannte Flügelzellenpum­ pe zum Einsatz kommen, deren Saugraumvolumen in Abhängigkeit vom Pumpen-Förderdruck derart veränderbar ist, daß sich bei niedriger Pumpen­ drehzahl eine maximale Fördermenge und bei hoher Pumpendrehzahl eine geringe Fördermenge ergibt.

Da diese bekannte Flügelzellenpumpe aufgrund der speziellen Formgebung des Gehäuse-Innenringes jedoch relativ aufwendig ist, ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine demgegenüber deutlich verein­ fachte Flügelzellenpumpe mit veränderbarem Saugraumvolumen aufzuzei­ gen.

Die Lösung dieser Aufgaben ist somit dadurch gekennzeichnet, daß die Flü­ gel der Flügelzellenpumpe mit ihren freien Enden an einem im Pumpenge­ häuse vorgesehenen, den Gehäuse-Innenring bildenden Band anliegen, dessen Länge so veränderbar ist, daß der Umfang des Gehäuse-Innenrin­ ges veränderbar ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispieles, wobei Fig. 1 einen Prinzipschnitt durch eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zeigt, während in den Fig. 2a, 2b zwei mögliche Ausführungsformen für einen Gehäuse-Innenring dieser erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe dargestellt sind.

Mit der Bezugsziffer 1 ist das nur ausschnittweise dargestellte Pumpenge­ häuse bezeichnet, in welchem ein an sich üblicher Rotor 2, der mit radial verschiebbar angeordneten Flügeln 3 versehen ist, drehbar gelagert ist. Die freien Enden der Flügel 3 liegen dabei an einem sogenannten Gehäuse-In­ nenring 4 an, wobei beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Flügel 3 im Zusammenwirken mit dem Gehäuse-Innenring 4 jeweils zwei einander gegenüber liegende Saugräume 5 sowie Druckräume 6 gebildet werden. Jeder Saugraum 5 weist wie üblich einen nicht gezeigten, sich in Blickrichtung erstreckenden Ansaugstutzen auf, über welchen ein Hydraulik­ medium angesaugt werden kann, während im Bereich der Druckräume 6 jeweils ein Druckstutzen 7 vorgesehen ist, über welchen das komprimierte Hydraulikmedium aus der Flügelzellenpumpe abfließen kann.

Bei der vorliegenden Prinzipskizze ist nur der Druckstutzen 7 des oberen Druckraumes 6 lediglich prinzipiell dargestellt, üblicherweise erstrecken sich nämlich auch die Druckstutzen einer Flügelzellenpumpe in Blickrichtung gemäß Fig. 1.

Bei der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe wird der bereits erwähnte Gehäuse-Innenring 4, an welchem die Flügel 3 mit ihrem freien Ende anlie­ gen, durch ein insbesondere als dünnes gehärtetes Stahlband ausgebilde­ tes Band 8 gebildet, welches zumindest im Hochdruckbereich, d. h. im Be­ reich der Druckräume 6 an der Innenwand 9 eines bei Flügelzellen an sich üblichen, im wesentlichen ellipsenförmigen Pumpenringes 19 anliegt, wel­ cher seinerseits innerhalb des Pumpengehäuses 1 angeordnet ist.

Die Länge des Bandes 8 ist, wie noch näher erläutert wird, veränderbar. Wird die Länge dieses einen im wesentlichen geschlossenen Ring, nämlich den Gehäuse-Innenring 4, bildenden Bandes 8 verändert, so verändert sich hierdurch zwangsläufig der Umfang des Gehäuse-Innenringes 4. Eine der­ artige Umfangsveränderung des Gehäuse-Innenringes 4 hat aber zur Folge, daß jeder Saugraum 5 in seinem Volumen veränderbar ist. Wird nämlich der Umfang des Gehäuse-Innenringes 4 verringert, so geht hiermit eine Verrin­ gerung des Saugraumvolumens einher, während eine Vergrößerung des Gehäuse-Innenring-Umfanges eine Vergrößerung des Saugraumvolumens zur Folge hat. Mit einer Veränderung des Saugraum-Volumens ergibt sich jedoch die gewünschte Veränderung der Pumpen-Fördermenge.

Wie ersichtlich und bereits erwähnt, liegt das Band 8 im Bereich der Druck­ räume 6 an der Innenwand 9 des Pumpenringes 19 an, während im Bereich der Saugräume 5 auf das Band 8 in radialer Richtung von außen kommend jeweils ein Verstellkolben 10 einwirkt. Nun ist das Band 8 im druckarmen Bereich, d. h. beispielsweise in der Nähe zumindest eines Saugraumes 5 geteilt ausgebildet, wobei die beiden Endabschnitte 8a, 8b des Bandes 8 zumindest im wesentlichen ineinander geführt sind. Zwei mögliche Ausfüh­ rungsbeispiele für diese Ausbildung des Bandes 8 in dessen Teilungsbe­ reich zeigen die Fig. 2a, 2b, in welchen jeweils eine Teilaufsicht auf das abgewickelte Band 8 dargestellt ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a weist der erste Endabschnitt 8a des den Gehäuse-Innenring 4 bildenden Bandes 8 mehrere stegförmige Na­ sen 11 auf, die in entsprechend geformte Aussparungen 12 im anderen Band-Endabschnitt 8b eingreifen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2b ist der erste Band-Endabschnitt 8a als keilförmige Nase 11 ausgebildet, die in eine entsprechend negativ-keilförmige Aussparung 12 im anderen Band-End­ abschnitt eingreift bzw. eingreifen kann.

In Fig. 1 sind die beiden Verstellkolben 10 in etwa in einer mittleren Posi­ tion dargestellt. Würden die beiden Verstellkolben 10 ausgehend von dieser dargestellten Position jeweils nach außen bewegt, so läge das Band 8 voll­ ständig an der ellipsenförmigen Innenwand 9 des Pumpenringes 19 an, wo­ durch sich ein maximales Saugraumvolumen ergäbe. In diesem Falle ergibt sich auch die höchste Förderleistung der Flügelzellenpumpe, d. h. es stellt sich am Druckstutzen 7 ein höher Förderdruck bzw. die maximale För­ dermenge der Flügelzellenpumpe ein. In dieser Position sind die beiden Band-Endabschnitte 8a, 8b um ein gewisses Maß voneinander beabstandet, wobei zumindest beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a die beiden Band-End­ abschnitt 8a, 8b ineinander geführt sind.

Werden ausgehend von der soeben beschriebenen oder auch von der in Fig. 1 gezeigten Position der Verstellkolben 10 diese Verstellkolben jeweils in radialer Richtung nach innen bewegt, so wird hierdurch - wie bereits erläu­ tert und aus den Figurendarstellungen ersichtlich - der Umfang des Gehäu­ se-Innenringes 4 verringert, wobei die beiden Band-Endabschnitte 8a, 8b gegenüber den Darstellungen in den Fig. 2a, 2b aufeinander zubewegt werden. Durch diese Verringerung des Umfangs des Gehäuse-Innenringes 4 wird jedoch auch das Volumen der beiden Saugräume 5 verringert, so daß sich eine deutlich geringere Fördermenge am Druckstutzen 7 ergibt, wie dies - wie oben erläutert - bei hohen Pumpendrehzahlen bzw. hohen Dreh­ zahlen des Rotors 2 erwünscht ist.

Bewegt bzw. positioniert werden die Verstellkolben 10 durch den Pumpen-För­ derdruck. Über zumindest eine Druckleitung 13a ist der aus dem Pum­ pengehäuse 1 sowie aus einem Pumpenring 19 herausgearbeitete Zylinder 14, in welchem der Verstellkolben 10 geführt ist, mit dem Druckstutzen 7 bzw. mit einer sich daran anschließenden Förderleitung 17 verbunden. Dies ist der Einfachheit halber nur für den in Fig. 1 rechtsliegenden Verstellkolben 10 dargestellt, jedoch gilt dies in gleicher Weise auch für den linksliegenden Verstellkolben 10. Auf die Kolbenstirnseite 15a wirkt somit der Förderdruck der Flügelzellenpumpe ein, so daß wie gewünscht bei zunehmenden För­ derdruck der Verstellkolben 10 in radialer Richtung weiter nach innen be­ wegt und hierdurch das Saugraumvolumen verringert und somit die Förder­ menge bzw. der Förderdruck der Flügelzellenpumpe herabgesetzt wird.

Eine noch genauere Steuerung bzw. Regelung der Pumpenleistung bzw. des Förderdruckes oder des Fördervolumens ergibt sich, wenn am Verstell­ kolben 10, wie hier gezeigt, ein Differenz-Förderdruck anliegt. Dabei wirkt auf die Kolbenstirnseite 15a im Sinne einer Verringerung des Gehäuse- Innenring-Umfanges wie bereits erläutert der im wesentlichen ungedrosselte Förderdruck der Flügelzellenpumpe ein (und zwar über die Druckleitung 13a), während diesem entgegengerichtet ein durch eine Blende 16 gedros­ selter Förderdruck am Verstellkolben 10, und zwar an der Kolbenrückseite 15b desselben anliegt. Die soeben erwähnte Blende 16 befindet sich dabei in der sich an den Druckstutzen 7 anschließenden Förderleitung 17 stromab der Abzweigung der Druckleitung 13a, während die Kolbenrückseite 15b bzw. der entsprechende Bereich des Zylinders 14 über eine weitere Druck­ leitung 13b mit der Förderleitung 17 stromab der Blende 16 verbunden ist. In Abhängigkeit von den jeweiligen Druckverhältnissen bzw. Kraftverhältnissen können dabei die vom Hydraulikdruck beaufschlagten Stirnseiten des Ver­ stellkolbens 10 den jeweiligen Anforderungen entsprechend groß gestaltet sein, bspw. kann die Fläche der äußeren Stirnseite gleich groß derjenigen der inneren Stirnseite sein, da dann das Gesamtdruckniveau ohne Einfluß ist. In diesem Falle würde somit der Verstellkolben 10 alleine durch die an­ liegende Druckdifferenz positioniert.

Die Ansteuerung der Verstellkolben 10 über den Differenzdruck mit Hilfe der Blende 16 hat den Vorteil, daß die Pumpenregelung unabhängig von der Viskosität des in der Pumpe geförderten und komprimierten Hydraulikmedi­ ums sowie unabhängig vom aktuellen Förderdruck funktioniert. Zur Rege­ lung des Fördervolumens wird somit keine Fremdenergie und auch keine aufwendige Steuerelektronik benötigt. Bei Verwendung einer erfindungsge­ mäßen Flügelzellenpumpe als Lenkhilfepumpe in einem Kraftfahrzeug ergibt sich gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine deutlich niedrigere Verlustleistung sowie ein wesentlich geringeres Temperaturniveau des ge­ samten Lenksystems. Dabei sind aufgrund des einfachen Aufbaus einer er­ findungsgemäßen Flügelzellenpumpe nur niedrige Mehrkosten gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik zu erwarten.

Selbstverständlich können eine Vielzahl von Details insbesondere konstruk­ tiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. So können bei­ spielsweise im Band 8 insbesondere im Bereich der Band-Endabschnitte 8a, 8b (vgl. Fig. 2b) Druckausgleichsbohrungen 18 vorgesehen sein. Daneben können im Kontaktbereich zwischen den Verstellkolben 10 sowie dem Ge­ häuse-Innenring 4 (bzw. dem Band 8) geeignete Verstärkungen oder dgl. vorgesehen sein, die ein Eindrücken des Bandes 8 durch die Verstellkolben 10 verhindern. Insbesondere ist es jedoch auch möglich, den Gehäuse-In­ nenring 4 anders als durch den auf die Verstellkolben 10 einwirkenden Hydraulikförderdruck zu verstellen, so beispielsweise durch magnetische und/oder elektrische oder pneumatische Stellglieder, die in gewünschter Weise angesteuert werden.

Claims (8)

1. Flügelzellenpumpe insbesondere für die Hilfskrafterzeugung in einem Kraftfahrzeug, wie Lenkhilfepumpe oder dgl., deren durch einen Ge­ häuse-Innenring (4) gebildetes Saugraumvolumen in Abhängigkeit vom Förderdruck derart veränderbar ist, daß sich bei niedriger Pum­ pendrehzahl eine maximale Fördermenge und bei hoher Pumpen­ drehzahl eine geringe Fördermenge ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (3) der Flügelzellenpumpe mit ihren freien Enden an einem im Pumpengehäuse (1) vorgesehe­ nen, den Gehäuse-Innenring (4) bildenden Band (8) anliegen, dessen Länge so veränderbar ist, daß der Umfang des Gehäuse-Innenringes (4) veränderbar ist.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (8) zumindest im Hochdruck­ bereich an der Innenwand (9) des Pumpengehäuses (1) oder eines innerhalb desselben vorgesehenen Pumpenringes (19) anliegt und im druckarmen Bereich derart geteilt ausgebildet ist, daß die beiden En­ dabschnitte (8a, 8b) des Bandes (8) ineinander geführt sind.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine keilförmige oder steg­ förmige Nase (11) des einen Band-Endabschnittes (8a) in eine ent­ sprechend geformte Aussparung (12) im anderen Band-Endabschnitt (8b) eingreift.

4. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im als dünnes gehärtetes Stahlband ausgebildeten Band (8) Druckausgleichsbohrungen (18) vorgesehen sind.

5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Länge des Ban­ des (8) zumindest ein in radialer Richtung von außen auf das Band (8) ein,wirkender Verstellkolben (10) vorgesehen ist.

6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben (10) durch den För­ derdruck der Flügelzellenpumpe betätigt wird.

7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Verstellkolben (10) ein Differenz-För­ derdruck anliegt, wobei im Sinne einer Verringerung des Gehäu­ se-Innenring-Umfanges der im wesentlichen ungedrosselte Förder­ druck wirkt, dem entgegengerichtet ein durch eine Blende (16) ge­ drosselter Förderdruck am Verstellkolben (10) anliegt.

8. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegend zwei Sau­ gräume (5) sowie zwei Verstellkolben (10) vorgesehen sind.